WO2011000556A2 - Polarization device and implantation device - Google Patents

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WO2011000556A2
WO2011000556A2 PCT/EP2010/003954 EP2010003954W WO2011000556A2 WO 2011000556 A2 WO2011000556 A2 WO 2011000556A2 EP 2010003954 W EP2010003954 W EP 2010003954W WO 2011000556 A2 WO2011000556 A2 WO 2011000556A2
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electrically
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Werner Kraus
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Geiges, Bjarne
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/326—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for promoting growth of cells, e.g. bone cells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68—Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/84—Fasteners therefor or fasteners being internal fixation devices
    • A61B17/86—Pins or screws or threaded wires; nuts therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode

Definitions

  • the invention relates to a device for polarizing implants and an implantation system with such a device.
  • Osteosynthesis serves for the load-stable fixation of the fragments of a broken or diseased bone in its uninjured, natural form by implanted screws, support plates, wires, bone marrow nails and the like, which are generally made of stainless steel or titanium alloys. These osteosynthetic agents enable the patient to be rapidly mobilized while at the same time immobilizing the damaged bone, which is an indispensable prerequisite for his healing.
  • MRSA multi-resistant Staphylococcus aureus
  • the transmission technique works according to the transformer principle:
  • the injured or diseased body region is characterized by an extremely low-frequency sinusoidal magnetic field having a frequency of approximately 1 to 100 Hz, preferably 4 to 20 Hz, and a magnetic flux density of 0.5 5 mT (5 to 50 gauss), which is generated by a functional current generator in one or more - primary - outer current coils, into which the body part provided with the osteosynthesis agents is introduced.
  • These extremely low-frequency electromagnetic fi elds pass through the tissue largely loss-free, including any clothing and a plaster cast, as well as the nonmagnetic (austenitic) supporting metals of the osteosynthesis.
  • the so-called transformer implanted.
  • the induced in the transmitter electro-potentials are thus brought into action in the area of the bone lesion and generally in the tissue adjacent to the osteosynthetic agents.
  • the push-button screw described here is contacted via a push-button with a transformer coil arranged outside of the screw and thus becomes part of electro-osteotherapy.
  • the invention has for its object to provide a way to variant-rich integration of implants in electro-osteotherapy, in particular, a compact arrangement is sought, which is easily preserved over the desired implantation duration.
  • the invention consists in a device for polarizing at least two spatially separated, electrically at least partially conductive implants, with a coil having a first pole and a second pole, a first pole associated with the first contact means for electrically contacting a first implant, at least one the second pole associated with the second contact means for electrically contacting at least one second implant, wherein the coil can be directly or indirectly disposed on and in the first implant and carried by this and - wherein the at least one second contact device comprises a flexible electrical line, which is a contact the at least one second implant allows, so that the coil can be arranged spatially separated from the at least one second implant.
  • the implants so not only for fixation purposes and as an electrode, but the first implant also serves as a carrier of the transmitter coil.
  • the counterelectrode is formed by another structurally identical or completely different type of implant in that a line connection is made from the coil carried by the first implant to the other implant, it also being possible for a plurality of implants to be easily replaced by such a lead. can be contacted so that each of these implants forms a counter electrode to the implant carrying the coil. All involved implants can be constructed identical or different. It is particularly preferable that the coil can be arranged in a cavity of the first implant and the first contact device makes electrical contact with the first implant within the cavity. Thus, the coil is safely housed in the human body.
  • the connection between the coil and the first implant is completely safe and immune to interference since this connection is in no way affected by any processes in the human body.
  • the coil is wound on a magnetically conductive core. In this way, the conversion of the energy applied by an external magnetic field into an electrical voltage becomes more efficient.
  • the invention develops its advantages particularly in connection with the fact that the first and / or the at least one second implant is a bone screw.
  • Bone screws can perform a variety of functions and are comparatively easy to implant in various positions of the body.
  • the present invention can be used particularly flexibly in connection with bone screws.
  • the invention is usefully further developed in that the at least one second contact device has a contact push button, via which a mechanical and electrical connection to the at least one second implant can be produced. Since there is a simple handling of the components to be implanted during the operation, the connection of the second contact device with the second implant via a contact push button is a particularly useful solution.
  • a push button is capable of simultaneous mechanical and electrical connection manufacture.
  • At least one insulating sheath is provided, by which the contact push button of the at least one second contact device is electrically isolable from surrounding tissue. This avoids that bone growth takes place in the area of the contact push button, which is particularly evident in the case of view of the explantation of the implant could be a hindrance or additional costly measures might be required.
  • At least one insulating jacket is provided, by means of which a proximal region of the bone screw can be electrically insulated from surrounding tissue.
  • the coil is held by a coil carrier, by way of which a mechanical contact with the first implant can be produced.
  • At least one insulating sheath is provided by which a proximal region of the coil carrier can be electrically insulated from surrounding tissue.
  • the bobbin is particularly easy to handle, if it is provided that the mechanical contact comprises a latching connection.
  • the coil carrier receives a distributor, with which a plurality of second contact devices are connected.
  • the lines that lead to the various second contact devices are thus securely contacted within the bobbin.
  • the present invention may be developed such that the coil is part of an electrical circuit which has at least one further electrically active component in addition to the coil. As a result, additional functionalities can be provided.
  • an accumulator is provided, which is connected in parallel to the coil. This makes it possible to maintain the electrical potentials of the implants even when no external magnetic field is present.
  • the accumulator is charged during the treatment with external magnetic field, for which purpose a rectification of the induced AC voltage is required. In the absence of the external magnetic field, the accumulator can then restore the stored energy by generating an electrical voltage and an associated current flow.
  • a function generator is provided as a further electrically active component.
  • the signal shaping for generating the electric fields in the region of the implants does not have to be carried out alone or at all by the external magnetic field. Rather, it is possible to provide a function generator that performs this task. This is particularly useful in the context of a likewise provided accumulator, which is charged by the coil in the presence of external magnetic field. The latter can then provide the voltage required for the operation of the function generator even in the absence of an external magnetic field.
  • a circuit which is suitable for modifying an AC voltage provided by the device so that the first implant has at least predominantly a first polarity, while the second implant is at least predominantly has a second polarity opposite to the first polarity.
  • osteogenesis depends on the polarity of the respective electrode. The cathode promotes osteogenesis, and the anode impedes this. Consequently, by appropriate rectification, the right action can be taken, depending on the situation.
  • the circuit may be implemented discretely or as an integrated circuit, preferably as an ASIC.
  • the further electrically active component can be arranged in the cavity of the first implant. All electrically active components are thus arranged in one place, so that one can be content to contact the second implants with an already described push button.
  • the invention further relates to an implantation system having at least two implants that are at least partially electrically conductive and to be implanted in a spatially separate manner.
  • an electromagnetically inducible pickup coil is proposed over a magnetically conductive soft iron core, which is inserted into the lumen of a hollow screw anchored in the region of a bone defect.
  • the pickup coil is wrapped in an insulating layer of epoxy or silicone and is electrically connected at its lower end with a spiral or plate spring. With this she contacts the bone screw when inserted into the lumen of the screw.
  • the upper end of the coil core projects beyond the coil winding and is received by a sleeve made of stainless steel or titanium and mechanically held by gluing with this.
  • the sleeve has at its upper end the shape of a push button, which is pressed after insertion of the pickup coil in a seat in the head of the bone screw.
  • the upper coil end of the pickup coil leads within the sleeve, isolated from this, for electrical distribution to several, for example 1 to 3 or 4 cable connections, for example, 3 to 5 cm in length, by electrical pressure contacts in each case in the head of other bone screws, these against the Bolt bearing pickup coil polarized.
  • the system according to the invention can be mono- or unipolar Induction screws serve any hollow screws, as they are used for fixation and immobilization of bone fragments use.
  • the hollow screws are preferably made of titanium alloys, on the surface of which forms a poorly conductive oxide layer in the tissue. This can be prevented by coating with highly conductive titanium niobium oxinitride (Ti, Nb) ON.
  • Ti, Nb highly conductive titanium niobium oxinitride
  • Another feature of the invention offers the possibility of miniaturizing the pickup coil. By changing the steepness of the rising or falling edges of the sinusoidal oscillations of the inducing electromagnetic field at the same frequency, the induced electrical voltage can be maintained at a constant amplitude. increase and thus a loss resulting from the miniaturization of the pickup, can be compensated.
  • the monopolar induction screw system (MISS) according to the invention differs in particular by the spatial distribution of the stimulating electric field in the bone. While the course of the electric field in the bioplar induction screw reaches only the tissue layer directly adjacent to the surface of the screw, in the monopolar induction screw system according to the invention the induced electric field extends between them over the entire volume of, for example, an extensive fracture zone or a pathologically altered bone area, which must be filled up with natural and foreign bone or bone substitute material and biologically integrated. These requirements are ideally met by the monopolar induction screw system.
  • the device according to the invention is also clearly superior to the "push-button screw" according to DE 23 11 817 C2 and US Pat. No. 3,918,440.
  • Materials for the insulating material in the coil holder are, for example, polyetheretherketone (PEEK) and polyvinylidene fluoride (PVDF). Both materials are biocompatible, autoclavable and gamma-ray prone.
  • the cable connections are preferably made of quadruple coiled pacemaker wire MP35N with cobalt-based alloy.
  • the bone screws are preferably made of a titanium alloy with a conductive layer of titanium niobium oxynitride (Ti, Nb) ON.
  • Ti, Nb titanium niobium oxynitride
  • the unwanted, possibly dangerous bone sheath around the contact area can be avoided by an insulating sheath around the push button, the length of which also envelops the head of the contacted bone screw down, in such a way that any direct electrical contact with the Bone is safely avoided.
  • the sheath may suitably be part of the insulation of the distributor in the head of the push-button contact made of PEEK or PVDF and close with its upper end, for example in the form of a mushroom cap containing the pickup coil and the cable distributor push-button insert. Through the cap, the cable connections between the distributor and the contact push buttons lead to the other monopolar bone screws of the system, which are coated in the same way insulating.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of an implantation system according to the invention with associated bone screws
  • Fig. 2 shows a schematic perspective, partially cutaway view of a polarizing device according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic perspective illustration of an implantation system according to the invention with associated bone screws
  • FIG. 4 shows a schematic perspective, partially sectioned illustration of a polarization device according to the invention
  • Fig. 5 shows an application example of an implantation system according to the invention
  • Fig. 6 shows an example of the arrangement of electrical components in a polarizing device according to the invention
  • Fig. 7 shows another example of the arrangement of electrical components in a polarizing device according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of an implantation system according to the invention with associated bone screws.
  • Fig. 2 shows a schematic perspective, partially sectioned illustration of a polarizing device according to the invention.
  • the polarization device 10 includes a coil 20 wound on a magnetically conductive core 32.
  • a first pole 22 of the coil 20 is connected to a contact device 26 in connection, which is designed as a contact spring.
  • a second pole 24 of the coil 20 leads to a distributor 42.
  • Three further contact devices 28 are connected to this distributor 42. These contact devices 28 comprise an electrical line 30 and contact pushbuttons 34 at the ends of the lines 30 facing away from the distributors 42.
  • the bone screw 14 is already connected to the associated contact pushbutton 34, while with reference to the bone screws 16, 18 the connected prosthesis - rige contact push buttons 34 are shown immediately prior to their connection to the bone screws 16, 18.
  • the coil 20 is held by a bobbin 40, for example, indirectly, characterized in that the magnetically conductive core 32 on which the coil 20 is wound, in a recess 44 of the bobbin and non-positively fit.
  • the coil is surrounded by an insulating jacket 46 and so protected against it, in contrast to the connected via the first pool 22 contact device 26 with the bone screw in electrical contact.
  • the distributor 42 is embedded in an insulating compound 48, for example consisting of PEEK or PVDF.
  • the housing 50 which has the recess 44 for holding the coil 20 or the magnetically conductive core 22, has an at least partially circumferential groove 52.
  • the bone screw 12, which is to be contacted with the first contact device 26, has a corresponding complementary device, So that a stable locking connection between the housing 50 and the bone screw 12 can be provided.
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of an implantation system according to the invention with associated bone screws.
  • 4 shows a schematic perspective, partially sectioned illustration of a polarization device according to the invention.
  • the regions of the polarization device, via which the contact devices are coupled to the bone screws can be surrounded by insulating jackets 36, 38.
  • insulating jackets 36, 38 prevent stimulated bone formation around the isolated areas, thereby facilitating explantation of the polarizer.
  • Fig. 5 shows an application example of an implantation system according to the invention. It is shown how a polarization device according to the invention can be arranged in the region of a tumor 54 in the tibial plateau 56.
  • Another application example is the screw osteotomy of medial femoral neck fractures, in which several, for example, three screws are used, which can be functionally connected to one another in the form of the polarization device according to the invention.
  • FIG. 6 shows an example of the arrangement of electrical components in a polarization device according to the invention.
  • an accumulator 58 may be arranged parallel to the coil 20, an accumulator 58 may be arranged.
  • a rectifier 60 which is represented here by a diode symbol, is also connected in parallel with the arrangement of accumulator 58 and coil 20.
  • the accumulator 28 is placed in close proximity to the coil 20 so that, when sufficient space is available, the coil 20 is placed in the cavity of an implant.
  • the contact pushbuttons 34 one of which is shown by way of example, then only have to carry a single electrical connection.
  • FIG. 7 shows a further example of the arrangement of electrical components in a polarization device according to the invention.
  • the accumulator 58 is also arranged electrically parallel to the coil 20, but in the vicinity of the contact push button 34. This solution is preferred when the cavity of the implant, which accommodates the coil 20, for the accumulator 58 and the coil 20 is not sufficient. Then, the accumulator 58 is preferably housed in another implant. In this case, two electrical leads from the region of the implant carrying the coil 20 must be routed to the implant carrying the accumulator 58, which of course can be accomplished by a single cable.
  • the parallel connection of an accumulator 58 to the coil 20 makes it possible to charge the accumulator 58 when the coil 20 is in an external magnetic field. Even in the absence of the external magnetic field, an electrical voltage between the implants can then be maintained by the accumulator 58.
  • the accumulator 58 serves as a voltage supplier for a function generator 62, as shown in FIG. 7, this can supply an alternating voltage even in the absence of an external magnetic field by suitable contacting of its outputs with the electrically conductive regions of the implants (not shown here).

Abstract

The invention relates to a device (10) for polarizing at least two spatially separated, at least partially electrically conductive implants (12, 14, 16, 18), comprising a coil (20), which has a first pole (22) and a second pole (24), a first contact device (26) associated with the first pole (22) for electrically contacting a first implant (12), a second contact device (28) associated with the second pole (24) for electrically contacting a second implant (14, 16, 18), wherein the coil (20) can be arranged directly or indirectly on or in the first implant (12) and carried by said first implant and - wherein the second contact device (28) comprises a flexible electrical line (30), which allows the second implant (14, 16, 18) to be contacted so that the coil (20) can be arranged in a spatially separated manner from the second implant (14, 16, 18).

Description

Polarisationsvorrichtung und Implantationssystem  Polarization device and implantation system
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Polarisieren von Implantaten sowie ein Implantationssystem mit einer solchen Vorrichtung. The invention relates to a device for polarizing implants and an implantation system with such a device.
Polarisationsvorrichtungen und Implantationssysteme sind auf dem Gebiet der Osteosynthese bekannt. Die Osteosynthese dient der belastungsstabilen Fixation der Frag- mente eines gebrochenen oder kranken Knochens in seiner unverletzten, natürlichen Form durch implantierte Schrauben, Stützplatten, Drähte, Knochenmarknägel und dergleichen, die im Allgemeinen aus nicht rostenden Stahl- oder Titanlegierungen gefertigt sind. Diese Osteosynthesemittel ermöglichen die rasche Mobilisierung des Patienten bei gleichzeitiger Ruhigstellung des lädierten Knochens, die eine unerlässliche Voraus- setzung für seine Heilung ist. Polarization devices and implantation systems are known in the field of osteosynthesis. Osteosynthesis serves for the load-stable fixation of the fragments of a broken or diseased bone in its uninjured, natural form by implanted screws, support plates, wires, bone marrow nails and the like, which are generally made of stainless steel or titanium alloys. These osteosynthetic agents enable the patient to be rapidly mobilized while at the same time immobilizing the damaged bone, which is an indispensable prerequisite for his healing.
Problematisch an der starren Fixierung durch die vergleichsweise unelastischen, gewebeverdrängenden Stützimplantate ist jedoch die Behinderung der biologischen Erholung vor allem durch den Verlust von Blutgefäßen und Nerven. Außerdem leidet mit zunehmender Implantationsdauer die biomechanische Qualität der Stützstruktur durch den partiellen Entzug ihrer Funktion. Mit dem Verlust an biologischer Kontrolle aber wächst die Gefahr der Infektion durch resistente Bakterien (MRSA = Multiresistenter Staphylococcus Aureus). Es wurde gezeigt, dass diese die Oberfläche von Metallimplantaten in Form eines adhärenten Biofilmes besiedeln können und mit einer Schleim- hülle aus Polysacchariden dem Angriff von Antibiotika widerstehen. The problem with the rigid fixation by the comparatively inelastic, tissue-constraining support implants, however, is the obstruction of the biological recovery mainly by the loss of blood vessels and nerves. In addition, as the duration of implantation increases, the biomechanical quality of the support structure suffers from the partial withdrawal of its function. With the loss of biological control, however, the risk of infection by resistant bacteria (MRSA = multi-resistant Staphylococcus aureus) is growing. They have been shown to colonize the surface of metal implants in the form of adherent biofilm and to resist attack by antibiotics with a polysaccharide mucus membrane.
Diesen Problemen kann im Rahmen der orthopädischen Chirurgie durch die Elektro- Osteotherapie begegnet werden, beispielsweise unter Verwendung der eingangs genannten gattungsgemäßen Kontaktvorrichtung, wie beispielsweise in der US 6,778,861 B1 beschrieben. Bei der dort dargestellten magnetisch induzierten Elektro- Osteotherapie werden in Osteosythesemitteln elektrische Wechselpotentiale niedriger Frequenz dadurch induziert, dass ein betroffener Körperteil einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird. Seit langem wurde in zahlreichen klinischen Anwendungen der verfahrensgemäßen Technik bei chronisch therapieresistenten, meist infizierten Knochendefekten, Zysten und Tumormetastasen sowie in kliniknahen experimentellen Studien gezeigt, dass mit der Verwendung der Osteosynthese-Implantate als Quellen extrem niederfrequenter sinusförmiger elektrischer Wechselpotentiale in der dem Stützmetall anliegenden Knochenregion ein optimaler Heilungseffekt erzielt wird. These problems can be met in the context of orthopedic surgery by electro-osteotherapy, for example using the generic contact device mentioned above, as described for example in US 6,778,861 B1. In the magnetically induced electro-osteotherapy shown there, in osteosynthesis electrical low-frequency electrical potentials are induced by the fact that an affected body part of a magnetic Alternating field is suspended. For a long time, in numerous clinical applications of the technique according to the invention in chronically resistant, mostly infected bone defects, cysts and tumor metastases, as well as in clinic-related experimental studies, the use of the osteosynthesis implants as sources of extremely low-frequency sinusoidal electrical alternating potentials in the bone region abutting the supporting metal has been demonstrated optimal healing effect is achieved.
Die Technik der Übertragung funktioniert nach dem Transformatorprinzip: Die verletzte oder kranke Körperregion wird von einem extrem niederfrequenten sinusförmig verlau- fenden Magnetfeld mit einer Frequenz von ca. 1 bis 100 Hz - vorzugsweise von 4 bis 20 Hz - und einer magnetischen Flussdichte von 0,5 bis 5 mT (5 bis 50 Gauß) durchflutet, das durch einen Funktionsstromgenerator in einer oder mehreren - primären - äußeren Stromspulen erzeugt wird, in die das mit den Osteosynthesemitteln versehene Körperteil eingebracht wird. Diese extrem niederfrequenten elektromagnetischen FeI- der durchdringen weitgehend verlustfrei das Gewebe, einschließlich eventuelle Kleidung und einen Gipsverband, sowie die unmagnetischen (austenitischen) Stützmetalle der Osteosynthese. Im elektrischen Kontakt mit diesen wird eine - sekundäre - Spulenanordnung, der so genannte Übertrager, implantiert. Die in dem Übertrager induzierten Elektropotentiale werden so im Bereich der Knochenläsion sowie allgemein in dem an die Osteosynthesemittel angrenzenden Gewebe zur Wirkung gebracht. The transmission technique works according to the transformer principle: The injured or diseased body region is characterized by an extremely low-frequency sinusoidal magnetic field having a frequency of approximately 1 to 100 Hz, preferably 4 to 20 Hz, and a magnetic flux density of 0.5 5 mT (5 to 50 gauss), which is generated by a functional current generator in one or more - primary - outer current coils, into which the body part provided with the osteosynthesis agents is introduced. These extremely low-frequency electromagnetic fi elds pass through the tissue largely loss-free, including any clothing and a plaster cast, as well as the nonmagnetic (austenitic) supporting metals of the osteosynthesis. In electrical contact with these a - secondary - coil assembly, the so-called transformer, implanted. The induced in the transmitter electro-potentials are thus brought into action in the area of the bone lesion and generally in the tissue adjacent to the osteosynthetic agents.
Mit dieser Technik der induktiven Übertragung therapeutisch wirksamer Elektropotentiale auf die Bestandteile der Osteosynthese wird die Infektionsgefahr durch percutane Stromleitungen vermieden, und es können die Behandlungsparameter elektrische Spannung, Frequenz, Intensität, Signalform und die Behandlungszeit mit der indikationsspezifischen Programmierung eines Funktionsstrom-Generators des induzierenden Magnetfeldes bestimmt werden. With this technique of inductive transmission of therapeutically effective electropotentials to the components of osteosynthesis the risk of infection by percutaneous power lines is avoided, and the treatment parameters voltage, frequency, intensity, waveform and treatment time can be determined with the indication-specific programming of a functional current generator of the inducing magnetic field become.
Ein weiteres Beispiel für ein Implantat, das im Rahmen der Elektro-Osteotherapie ein- gesetzt werden kann, ist in der DE 23 11 817 C1 und der US 3,918,440 angegeben. Die hier beschriebene Druckknopfschraube wird mit einer schraubenextern angeordneten Übertragerspule über einen Druckknopf kontaktiert und so zum Bestandteil der Elektro-Osteotherapie. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur variantenreichen Einbindung von Implantaten in die Elektro-Osteotherapie zu schaffen, wobei insbesondere eine kompakte Anordnung angestrebt wird, die über die angestrebte Implantationsdauer ohne weiteres haltbar ist. Another example of an implant that can be used in the context of electro-osteotherapy is given in DE 23 11 817 C1 and US 3,918,440. The push-button screw described here is contacted via a push-button with a transformer coil arranged outside of the screw and thus becomes part of electro-osteotherapy. The invention has for its object to provide a way to variant-rich integration of implants in electro-osteotherapy, in particular, a compact arrangement is sought, which is easily preserved over the desired implantation duration.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst. This object is achieved with the features of the independent claim.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.
Die Erfindung besteht in einer Vorrichtung zum Polarisieren von mindestens zwei räumlich getrennten, elektrisch zumindest teilweise leitfähigen Implantaten, mit einer Spule, die einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweist, einer dem ersten Pol zugeordneten ersten Kontakteinrichtung zum elektrischen Kontaktieren eines ersten Implantates, mindestens einer dem zweiten Pol zugeordneten zweiten Kontakteinrichtung zum elektrischen Kontaktieren mindestens eines zweiten Implantates, wobei die Spule unmittelbar oder mittelbar an oder in dem ersten Implantat angeordnet und von diesem getragen werden kann und - wobei die mindestens eine zweite Kontakteinrichtung eine flexible elektrische Leitung umfasst, die eine Kontaktierung des mindestens einen zweiten Implantates ermöglicht, so dass die Spule räumlich getrennt von dem mindestens einen zweiten Implantat angeordnet werden kann. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik dienen die Implantate, also nicht nur zu Fixationszwecken und als Elektrode, sondern das erste Implantat dient auch gleichzeitig als Träger der Übertragerspule. Die Gegenelektrode wird von einem anderen baugleichen oder auch völlig andersartigen Implantat dadurch gebildet, dass eine Leitungsverbindung von der von dem ersten Implantat getragenen Spule zu dem anderen Implantat erfolgt, wobei ohne weiteres auch mehrere Implantate durch derartige Lei- tungsverbindungen kontaktiert werden können, so dass jedes dieser Implantate eine Gegenelektrode zu dem die Spule tragenden Implantat bildet. Alle beteiligten Implantate können baugleich oder verschiedenartig aufgebaut sein. Es ist besonders zu bevorzugen, dass die Spule in einem Hohlraum des ersten Implan- tates angeordnet werden kann und die erste Kontakteinrichtung das erste Implantat innerhalb des Hohlraums elektrisch kontaktiert. Damit ist die Spule sicher im menschlichen Körper untergebracht. Insbesondere ist die Verbindung zwischen der Spule und dem ersten Implantat vollkommen sicher und störunanfällig, da diese Verbindung in keiner Weise durch irgendwelche Vorgänge im menschlichen Körper beeinflusst wird. The invention consists in a device for polarizing at least two spatially separated, electrically at least partially conductive implants, with a coil having a first pole and a second pole, a first pole associated with the first contact means for electrically contacting a first implant, at least one the second pole associated with the second contact means for electrically contacting at least one second implant, wherein the coil can be directly or indirectly disposed on and in the first implant and carried by this and - wherein the at least one second contact device comprises a flexible electrical line, which is a contact the at least one second implant allows, so that the coil can be arranged spatially separated from the at least one second implant. In contrast to the known prior art, the implants, so not only for fixation purposes and as an electrode, but the first implant also serves as a carrier of the transmitter coil. The counterelectrode is formed by another structurally identical or completely different type of implant in that a line connection is made from the coil carried by the first implant to the other implant, it also being possible for a plurality of implants to be easily replaced by such a lead. can be contacted so that each of these implants forms a counter electrode to the implant carrying the coil. All involved implants can be constructed identical or different. It is particularly preferable that the coil can be arranged in a cavity of the first implant and the first contact device makes electrical contact with the first implant within the cavity. Thus, the coil is safely housed in the human body. In particular, the connection between the coil and the first implant is completely safe and immune to interference since this connection is in no way affected by any processes in the human body.
Es ist nützlich, dass die Spule auf einen magnetisch leitenden Kern gewickelt ist. Auf diese Weise wird die Umsetzung der durch ein externes Magnetfeld aufgebrachten Energie in eine elektrische Spannung effizienter. It is useful that the coil is wound on a magnetically conductive core. In this way, the conversion of the energy applied by an external magnetic field into an electrical voltage becomes more efficient.
Die Erfindung entfaltet ihre Vorteile besonders im Zusammenhang damit, dass das erste und/oder das mindestens eine zweite Implantat eine Knochenschraube ist. Knochenschrauben können die unterschiedlichsten Funktionen erfüllen und sind vergleichsweise leicht an den verschiedensten Positionen des Körpers implantierbar. Inso- fern kann die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit Knochenschrauben besonders flexibel eingesetzt werden. The invention develops its advantages particularly in connection with the fact that the first and / or the at least one second implant is a bone screw. Bone screws can perform a variety of functions and are comparatively easy to implant in various positions of the body. Insofar, the present invention can be used particularly flexibly in connection with bone screws.
Die Erfindung ist hier nützlicherweise dadurch weitergebildet, dass die mindestens eine zweite Kontakteinrichtung einen Kontaktdruckknopf aufweist, über den eine mechani- sehe und elektrische Verbindung zu dem mindestens einen zweiten Implantat herstellbar ist. Da es während der Operation um eine einfache Handhabung der zu implantierenden Komponenten geht, stellt die Verbindung der zweiten Kontakteinrichtung mit dem zweiten Implantat über einen Kontaktdruckknopf eine besonders nützliche Lösung dar. Ein Druckknopf ist in der Lage, gleichzeitig eine mechanische sowie eine elektri- sehe Verbindung herzustellen. The invention is usefully further developed in that the at least one second contact device has a contact push button, via which a mechanical and electrical connection to the at least one second implant can be produced. Since there is a simple handling of the components to be implanted during the operation, the connection of the second contact device with the second implant via a contact push button is a particularly useful solution. A push button is capable of simultaneous mechanical and electrical connection manufacture.
Es ist besonders nützlich, dass mindestens ein Isoliermantel vorgesehen ist, durch den der Kontaktdruckknopf der mindestens einen zweiten Kontakteinrichtung gegen umgebendes Gewebe elektrisch isolierbar ist. Hierdurch wird vermieden, dass Knochen- Wachstum im Bereich des Kontaktdruckknopfes stattfindet, was insbesondere im Hin- blick auf die Explantation des Implantates hinderlich sein beziehungsweise zusätzliche aufwendige Maßnahmen erforderlich machen könnte. It is particularly useful that at least one insulating sheath is provided, by which the contact push button of the at least one second contact device is electrically isolable from surrounding tissue. This avoids that bone growth takes place in the area of the contact push button, which is particularly evident in the case of view of the explantation of the implant could be a hindrance or additional costly measures might be required.
Aus vergleichbaren Gründen kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Isoliermantel vorgesehen ist, durch den ein proximaler Bereich der Knochenschraube gegen umgebendes Gewebe elektrisch isolierbar ist. For comparable reasons, it may be provided that at least one insulating jacket is provided, by means of which a proximal region of the bone screw can be electrically insulated from surrounding tissue.
Im Sinne einer guten Handhabbarkeit der Komponenten ist wiederrum nützlicherweise vorgesehen, dass die Spule von einem Spulenträger gehalten wird, über den ein me- chanischer Kontakt zu dem ersten Implantat herstellbar ist. In the sense of good handleability of the components, it is once again usefully provided that the coil is held by a coil carrier, by way of which a mechanical contact with the first implant can be produced.
Auch dann kann in vorteilhafter Weise dafür Sorge getragen werden, dass mindestens ein Isoliermantel vorgesehen ist, durch den ein proximaler Bereich des Spulenträgers gegen umgebendes Gewebe elektrisch isolierbar ist. Even then, care can be taken in an advantageous manner that at least one insulating sheath is provided by which a proximal region of the coil carrier can be electrically insulated from surrounding tissue.
Der Spulenträger ist besonders einfach handhabbar, wenn vorgesehen ist, dass der mechanische Kontakt eine Rastverbindung umfasst. The bobbin is particularly easy to handle, if it is provided that the mechanical contact comprises a latching connection.
Es ist von besonderem Vorteil, dass der Spulenträger einen Verteiler aufnimmt, mit dem mehrere zweite Kontakteinrichtungen verbunden sind. Die Leitungen, die zu den verschiedenen zweiten Kontakteinrichtungen führen sind somit sicher innerhalb des Spulenträgers kontaktiert. It is of particular advantage that the coil carrier receives a distributor, with which a plurality of second contact devices are connected. The lines that lead to the various second contact devices are thus securely contacted within the bobbin.
Die vorliegende Erfindung kann so weitergebildet sein, dass die Spule Bestandteil ei- ner elektrischen Schaltung ist, die neben der Spule mindestens eine weitere elektrisch wirksame Komponente aufweist. Hierdurch können zusätzliche Funktionalitäten bereitgestellt werden. The present invention may be developed such that the coil is part of an electrical circuit which has at least one further electrically active component in addition to the coil. As a result, additional functionalities can be provided.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass als weitere elektrisch wirksame Kompo- nente ein Akkumulator vorgesehen ist, der parallel zu der Spule geschaltet ist. Hierdurch ist es möglich, die elektrischen Potentiale der Implantate auch dann aufrecht zu erhalten, wenn gerade kein externes Magnetfeld vorhanden ist. Der Akkumulator wird während der Behandlung mit externem Magnetfeld aufgeladen, wobei hierzu eine Gleichrichtung der induzierten Wechselspannung erforderlich ist. Bei Abwesenheit des externen Magnetfeldes kann der Akkumulator dann die gespeicherte Energie wieder abgeben, indem eine elektrische Spannung und ein damit verbundener Stromfluss erzeugt wird. For example, it can be provided that as an additional electrically active component, an accumulator is provided, which is connected in parallel to the coil. This makes it possible to maintain the electrical potentials of the implants even when no external magnetic field is present. The accumulator is charged during the treatment with external magnetic field, for which purpose a rectification of the induced AC voltage is required. In the absence of the external magnetic field, the accumulator can then restore the stored energy by generating an electrical voltage and an associated current flow.
Nützlicherweise kann auch vorgesehen sein, dass als weitere elektrisch wirksame Komponente ein Funktionsgenerator vorgesehen ist. Die Signalformung zur Erzeugung der elektrischen Felder im Bereich der Implantate muss also nicht alleine oder auch gar nicht von dem externen Magnetfeld vorgenommen werden. Vielmehr ist es möglich, einen Funktionsgenerator vorzusehen, der diese Aufgabe übernimmt. Besonders nützlich ist dies im Zusammenhang mit einem ebenfalls vorgesehenen Akkumulator, der durch die Spule bei anwesendem externem Magnetfeld aufgeladen wird. Dieser kann die für den Betrieb des Funktionsgenerators erforderliche Spannung dann auch bei abwesendem externen Magnetfeld zur Verfügung stellen. Usefully, it can also be provided that a function generator is provided as a further electrically active component. The signal shaping for generating the electric fields in the region of the implants does not have to be carried out alone or at all by the external magnetic field. Rather, it is possible to provide a function generator that performs this task. This is particularly useful in the context of a likewise provided accumulator, which is charged by the coil in the presence of external magnetic field. The latter can then provide the voltage required for the operation of the function generator even in the absence of an external magnetic field.
Es kann ebenfalls nützlich sein, dass als weitere elektrisch wirksame Komponente eine Schaltung vorgesehen ist, die geeignet ist, eine durch die Vorrichtung zur Verfügung gestellte Wechselspannung so zu modifizieren, dass das erste Implantat zumindest überwiegend eine erste Polarität hat, während das zweite Implantat zumindest überwiegend eine zweite Polarität hat, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist. Bekanntermaßen hängt die Osteogenese von der Polarität der jeweiligen Elektrode ab. Die Kathode begünstigt die Osteogenese, und die Anode behindert dies. Folglich kann durch geeignete Gleichrichtung je nach Situation das richtige bewirkt werden. Die Schaltung kann diskret oder als integrierte Schaltung, vorzugsweise als ASIC, realisiert sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die weitere elektrisch wirksame Komponente in dem Hohlraum des ersten Implantates angeordnet werden kann. Alle elektrisch wirksamen Komponenten sind somit an einem Ort angeordnet, so dass man sich zur Kontaktierung der zweiten Implantate mit einem bereits beschriebenen Druckknopf begnügen kann. It may also be useful to provide as a further electrically effective component a circuit which is suitable for modifying an AC voltage provided by the device so that the first implant has at least predominantly a first polarity, while the second implant is at least predominantly has a second polarity opposite to the first polarity. As is known, osteogenesis depends on the polarity of the respective electrode. The cathode promotes osteogenesis, and the anode impedes this. Consequently, by appropriate rectification, the right action can be taken, depending on the situation. The circuit may be implemented discretely or as an integrated circuit, preferably as an ASIC. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the further electrically active component can be arranged in the cavity of the first implant. All electrically active components are thus arranged in one place, so that one can be content to contact the second implants with an already described push button.
Es ist aber auch möglich, dass die weitere elektrisch wirksame Komponente in einem Hohlraum des zweiten Implantates angeordnet werden kann. Diese Lösung ist zu bevorzugen, wenn nicht ausreichend Raum im ersten Implantat zur Verfügung steht, um alle Komponenten unterzubringen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Implantationssystem mit mindestens zwei räumlich getrennt zu implantierenden elektrisch zumindest teilweise leitfähigen Implantaten und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Somit wird insbesondere eine elektromagnetisch induzierbare Aufnehmerspule über einem magnetisch leitenden Weicheisenkern vorgeschlagen, die in das Lumen einer im Bereich eines Knochendefektes verankerten Hohlschraube eingeschoben wird. Die Aufnehmerspule ist in eine Isolierschicht aus Epoxydharz oder Silikon gehüllt und wird mit ihrem unteren Ende mit einer Spiral- oder Blechfeder elektrisch leitend verbunden. Mit dieser kontaktiert sie die Knochenschraube beim Einschieben in das Lumen der Schraube. Das obere Ende des Spulenkernes überragt die Spulenwicklung und wird von einer Hülse aus Edelstahl oder Titan aufgenommen und durch Verkleben mit dieser mechanisch festgehalten. Die Hülse besitzt an ihrem oberen Ende die Form eines Druckknopfes, der nach dem Einschieben der Aufnehmerspule in einen Sitz im Kopf der Knochenschraube eingedrückt wird. Das obere Wicklungsende der Aufnehmerspule führt innerhalb der Hülse, von dieser isoliert, zu einer elektrischen Verteilung auf mehrere, beispielsweise 1 bis 3 oder 4 Kabelverbindungen von beispielsweise 3 bis 5 cm Länge, die durch elektrische Druckkontakte jeweils im Kopf weiterer Knochenschrauben, diese gegen die die Aufnehmerspule tragende Schraube polarisiert. Anders als bei der Vorrichtung des "biloparen Induktionsschraubensystems" (siehe unten), bei dem beide Ausgänge der Aufnehmerspule im Lumen einer Knochen-Hohlschraube jeweils mit dem Schaft und einer von diesem isolierten Spitze kontaktiert sind, können für das erfindungsgemäße System der mono- oder unipolaren Induktionsschrauben beliebige Hohlschrauben dienen, wie sie zur Fixierung und Ruhigstellung von Kno- chenfragmenten Verwendung finden. But it is also possible that the further electrically active component can be arranged in a cavity of the second implant. This solution is preferable if there is not enough room in the first implant to accommodate all the components. The invention further relates to an implantation system having at least two implants that are at least partially electrically conductive and to be implanted in a spatially separate manner. Thus, in particular, an electromagnetically inducible pickup coil is proposed over a magnetically conductive soft iron core, which is inserted into the lumen of a hollow screw anchored in the region of a bone defect. The pickup coil is wrapped in an insulating layer of epoxy or silicone and is electrically connected at its lower end with a spiral or plate spring. With this she contacts the bone screw when inserted into the lumen of the screw. The upper end of the coil core projects beyond the coil winding and is received by a sleeve made of stainless steel or titanium and mechanically held by gluing with this. The sleeve has at its upper end the shape of a push button, which is pressed after insertion of the pickup coil in a seat in the head of the bone screw. The upper coil end of the pickup coil leads within the sleeve, isolated from this, for electrical distribution to several, for example 1 to 3 or 4 cable connections, for example, 3 to 5 cm in length, by electrical pressure contacts in each case in the head of other bone screws, these against the Bolt bearing pickup coil polarized. In contrast to the device of the "bilopolar induction screw system" (see below), in which both outlets of the pickup coil in the lumen of a bone cannulated screw are respectively contacted with the shaft and a tip isolated from it, the system according to the invention can be mono- or unipolar Induction screws serve any hollow screws, as they are used for fixation and immobilization of bone fragments use.
Die Hohlschrauben bestehen vorzugsweise aus Titan-Legierungen, an deren Oberfläche sich im Gewebe eine schlecht leitende Oxid-Schicht bildet. Das kann durch die Beschichtung mit hochleitfähigem Titan-Niob-Oxinitrid (Ti, Nb)ON verhindert werden. The hollow screws are preferably made of titanium alloys, on the surface of which forms a poorly conductive oxide layer in the tissue. This can be prevented by coating with highly conductive titanium niobium oxinitride (Ti, Nb) ON.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung bietet die Möglichkeit der Miniaturisierung der Aufnehmerspule. Durch eine Änderung der Steilheit der bei gleicher Frequenz aufsteigenden oder abfallenden Flanken der Sinusschwingungen des induzierenden Elektromagnetfeldes, kann bei gleichbleibender Amplitude die induzierte elektrische Span- nung erhöht werden und damit ein Verlust, der durch die Miniaturisierung der Aufnehmerspule entsteht, ausgeglichen werden. Another feature of the invention offers the possibility of miniaturizing the pickup coil. By changing the steepness of the rising or falling edges of the sinusoidal oscillations of the inducing electromagnetic field at the same frequency, the induced electrical voltage can be maintained at a constant amplitude. increase and thus a loss resulting from the miniaturization of the pickup, can be compensated.
Vom dem bipolaren Induktionsschraubensystem (BISS) nach DE 199 28 449 C1 unter- scheidet sich das erfindungsgemäße monopolare induktionsschraubensystem (MISS) insbesondere durch die räumliche Verteilung des stimulierenden elektrischen Feldes im Knochen. Während der Verlauf des elektrischen Feldes bei der bioplaren Induktionsschraube nur die der Oberfläche der Schraube unmittelbar anliegende Gewebeschicht erreicht, erstreckt sich bei dem erfindungsgemäßen System der monopolaren Induktionsschrauben das induzierte elektrische Feld zwischen diesen über das gesamte Volumen beispielsweise einer ausgedehnten Frakturzone oder eines pathologisch veränderten Knochenareals, das mit Eigen- und Fremdknochen oder Knochenersatzmaterial aufgefüllt und biologisch integriert werden muss. Diesen Anforderungen wird das monopolare Induktionsschraubensystem in idealer Weise gerecht. From the bipolar induction screw system (BISS) according to DE 199 28 449 C1, the monopolar induction screw system (MISS) according to the invention differs in particular by the spatial distribution of the stimulating electric field in the bone. While the course of the electric field in the bioplar induction screw reaches only the tissue layer directly adjacent to the surface of the screw, in the monopolar induction screw system according to the invention the induced electric field extends between them over the entire volume of, for example, an extensive fracture zone or a pathologically altered bone area, which must be filled up with natural and foreign bone or bone substitute material and biologically integrated. These requirements are ideally met by the monopolar induction screw system.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch der "Druckknopfschraube" nach DE 23 11 817 C2 und US 3,918,440 deutlich überlegen. Der Nachteil dieser Anordnung der im Weichgewebe implantierten Aufnehmerspulen (der sogenannten Übertrager) mit 3 bis 5 mm Durchmesser und 50 mm Länge, zeigt sich durch eine begrenzte Haltbarkeit ihrer relativ langen Kabelverbindungen von 5-10 cm zu den Osteosyntheseschrauben. Aufgrund ihrer begrenzten Dauerschwingfestigkeit entstanden Kabelbrüche innerhalb der notwendigen Therapiedauer von 3 bis 6 Monaten häufig dann, wenn die Aufnehmehrspulen in das Weichgewebe einwuchsen und dem Spiel der Muskel und Sehnen folgten. The device according to the invention is also clearly superior to the "push-button screw" according to DE 23 11 817 C2 and US Pat. No. 3,918,440. The disadvantage of this arrangement of the implanted in the soft tissue pickup coils (the so-called transformer) with 3 to 5 mm in diameter and 50 mm in length, shows a limited durability of their relatively long cable connections of 5-10 cm to the osteosynthesis screws. Due to their limited fatigue strength, cable breaks occurred within the required therapy period of 3 to 6 months, often when the reel spools grew into the soft tissue and followed the play of muscle and tendons.
Materialien für die Isoliermasse im Spulenhalter sind zum Beipiel Polyetheretherketon (PEEK) und Polyvinylidenflourid (PVDF). Beide Materialien sind biokompatibel, au- toklavierbar und gammastrahlenstehlisierbar. Die Kabelverbindungen bestehen vorzugsweise aus 4-fach gewendeltem Herzschrittmacherdraht MP35N mit Cobalt-Basis-Legierung. Materials for the insulating material in the coil holder are, for example, polyetheretherketone (PEEK) and polyvinylidene fluoride (PVDF). Both materials are biocompatible, autoclavable and gamma-ray prone. The cable connections are preferably made of quadruple coiled pacemaker wire MP35N with cobalt-based alloy.
Die Knochenschrauben sind vorzugsweise aus einer Titan-Legierung mit leitwerterhöhender Beschichtung aus Titan-Niob-Oxinitrid (Ti, Nb)ON gefertigt. Bei den Schrauben des Bipolaren-Induktions-Schrauben-Systems (BISS) bildet sich erfahrungsgemäß im Laufe der therapeutisch notwendigen Behandlungsdauer von 3 bis 5 Monaten und täglichen Induktionszeiten von 2 bis 3 mal 45 Minuten neuer Knochen nicht nur wie beabsichtigt, um den Schaft der Bipolar-Schrauben im Bereich des Knochendefektes, sondern auch in der unmittelbaren Umgebung des Schraubenkopfes. Für die Entnahme der bipolaren Schrauben zusammen mit den anderen Teilen einer Metall-Osteosynthese (Stützplatte, Schrauben, Drähte,...) die orthopädisch regelmäßig ein Jahr nach Implantation erfolgen soll, bildet die sehr harte Knochenschicht um den Kopf der Bipolarschraube eine erhebliche Komplikation. Härte und Dicke die- ses Knochens ist nur mit "schwerem" Werkzeug, z.B. Hammer und Meißel zu entfernen. Die Gefahr von Gewebe-Metallosen u.a. durch Metallspäne, die bei dieser Prozedur entstehen, ist oft nicht zu vermeiden. The bone screws are preferably made of a titanium alloy with a conductive layer of titanium niobium oxynitride (Ti, Nb) ON. In the case of screws of the Bipolar Induction Screw System (BISS), according to experience, during the therapeutically necessary treatment period of 3 to 5 months and daily induction times of 2 to 3 times 45 minutes, new bone forms not only as intended around the shaft of the bipolar Screws in the area of the bone defect, but also in the immediate vicinity of the screw head. For the removal of the bipolar screws together with the other parts of a metal osteosynthesis (support plate, screws, wires, ...) orthopedic regularly one year after implantation, the very hard bone layer around the head of the bipolar screw forms a significant complication. The hardness and thickness of this bone can only be removed with a "heavy" tool such as a hammer and a chisel. The risk of tissue metalloids, inter alia, by metal chips that arise during this procedure, is often unavoidable.
Die unerwünschte, unter Umständen gefährliche Knochenhülle um den Kontaktbereich (Druckknopf im Schraubenkopf) kann durch einen isolierenden Mantel um den Druckkontaktknopf vermieden werden, dessen Länge nach unten auch den Kopf der kontaktierten Knochenschraube mit umhüllt, in der Weise, dass jeder unmittelbare elektrische Kontakt mit dem Knochen sicher vermieden wird. Der Mantel kann zweckmäßigerweise Teil der Isolierung des Verteilers im Kopf des Druckknopf-Kontaktes aus PEEK oder PVDF sein und mit seinem oberen Ende beispielsweise in Form einer Pilzkappe den die Aufnehmerspule und den Kabelverteiler enthaltenden Druckknopf -Einsatz verschließen. Durch die Verschlusskappe führen die Kabelverbindungen zwischen dem Verteiler und den Kontakt- Druckknöpfen zu den weiteren monopolaren Knochenschrauben des Systems, die in gleicher Weise isolierend ummantelt sind. The unwanted, possibly dangerous bone sheath around the contact area (push button in the screw head) can be avoided by an insulating sheath around the push button, the length of which also envelops the head of the contacted bone screw down, in such a way that any direct electrical contact with the Bone is safely avoided. The sheath may suitably be part of the insulation of the distributor in the head of the push-button contact made of PEEK or PVDF and close with its upper end, for example in the form of a mushroom cap containing the pickup coil and the cable distributor push-button insert. Through the cap, the cable connections between the distributor and the contact push buttons lead to the other monopolar bone screws of the system, which are coated in the same way insulating.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand beson- ders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings with reference to particularly preferred embodiments.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Implantationssystems mit zugehörigen Knochenschrauben; Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung; Fig. 1 shows a schematic perspective view of an implantation system according to the invention with associated bone screws; Fig. 2 shows a schematic perspective, partially cutaway view of a polarizing device according to the invention;
Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungs- gemäßen Implantationssystems mit zugehörigen Knochenschrauben; 3 shows a schematic perspective illustration of an implantation system according to the invention with associated bone screws;
Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung; Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäße Implantationssystems; 4 shows a schematic perspective, partially sectioned illustration of a polarization device according to the invention; Fig. 5 shows an application example of an implantation system according to the invention;
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die Anordnung elektrischer Komponenten bei einer erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung und Fig. 6 shows an example of the arrangement of electrical components in a polarizing device according to the invention and
Fig. 7 ein weiteres Beispiel für die Anordnung elektrischer Komponenten bei einer erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung. Fig. 7 shows another example of the arrangement of electrical components in a polarizing device according to the invention.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugs- zeichen gleiche oder verlgeichbare Komponenten. In the following description of the drawings, the same reference numerals designate the same or vergeichbare components.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Implantationssystems mit zugehörigen Knochenschrauben. Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung. Es sind vier Knochenschrauben 12, 14, 16, 18 sowie eine mit den Knochenschrauben 12, 14, 16, 18 in Verbindung stehende bzw. in Verbindungen tretende Polarisationsvorrichtung 10 dargestellt. Die Polarisationsvorrichtung 10 enthält eine Spule 20, die auf einen magnetisch leitenden Kern 32 gewickelt ist. Ein erster Pol 22 der Spule 20 steht mit einer Kontakteinrichtung 26 in Verbindung, die als Kontaktfeder ausgebildet ist. Ein zweiter Pol 24 der Spule 20 führt zu einem Verteiler 42. An diesem Verteiler 42 sind drei weitere Kontakteinrichtungen 28 angeschlossen. Diese Kontakteinrichtungen 28 umfassen eine elektrische Leitung 30 und Kontaktdruckknöpfe 34 an den dem Verteile 42 abgewandten Enden der Leitungen 30. In Fig. 1 ist die Knochenschraube 14 bereits mit dem zugehörigen Kontaktdruck- knöpf 34 verbunden, während bezogen auf die Knochenschrauben 16, 18 die zugehö- rigen Kontaktdruckknöpfe 34 unmittelbar vor ihrer Verbindung mit den Knochenschrauben 16, 18 dargestellt sind. Die Spule 20 wird von einem Spulenträger 40 gehalten, beispielsweise mittelbar dadurch, dass der magnetisch leitende Kern 32, auf den die Spule 20 aufgewickelt ist, in einer Ausnehmung 44 des Spulenträgers kraft- und/oder formschlüssig sitzt. Die Spule ist von einem Isoliermantel 46 umgeben und so dagegen geschützt, anders als über die mit dem ersten Pool 22 verbundene Kontakteinrichtung 26 mit der Knochenschraube in elektrischen Kontakt zu treten. Der Verteiler 42 ist in einer Isoliermasse 48 eingebettet, beispielsweise bestehend aus PEEK oder PVDF. Das Gehäuse 50, das die Ausnehmung 44 zum Halten der Spule 20 bzw. des magnetisch leitenden Kerns 22 aufweist, hat eine zumindest abschnittsweise umlaufende Nut 52. Die Knochenschraube 12, die mit der ersten Kontakteinrichtung 26 kontaktiert werden soll, weist eine entsprechende Komplementärvorrichtung aus, also dass eine stabile Rastverbindung zwischen dem Gehäuse 50 und der Knochenschraube 12 zur Verfügung gestellt werden kann. Fig. 1 shows a schematic perspective view of an implantation system according to the invention with associated bone screws. Fig. 2 shows a schematic perspective, partially sectioned illustration of a polarizing device according to the invention. There are four bone screws 12, 14, 16, 18 and one with the bone screws 12, 14, 16, 18 communicating or in connection passing polarization device 10 is shown. The polarization device 10 includes a coil 20 wound on a magnetically conductive core 32. A first pole 22 of the coil 20 is connected to a contact device 26 in connection, which is designed as a contact spring. A second pole 24 of the coil 20 leads to a distributor 42. Three further contact devices 28 are connected to this distributor 42. These contact devices 28 comprise an electrical line 30 and contact pushbuttons 34 at the ends of the lines 30 facing away from the distributors 42. In FIG. 1, the bone screw 14 is already connected to the associated contact pushbutton 34, while with reference to the bone screws 16, 18 the connected prosthesis - rige contact push buttons 34 are shown immediately prior to their connection to the bone screws 16, 18. The coil 20 is held by a bobbin 40, for example, indirectly, characterized in that the magnetically conductive core 32 on which the coil 20 is wound, in a recess 44 of the bobbin and non-positively fit. The coil is surrounded by an insulating jacket 46 and so protected against it, in contrast to the connected via the first pool 22 contact device 26 with the bone screw in electrical contact. The distributor 42 is embedded in an insulating compound 48, for example consisting of PEEK or PVDF. The housing 50, which has the recess 44 for holding the coil 20 or the magnetically conductive core 22, has an at least partially circumferential groove 52. The bone screw 12, which is to be contacted with the first contact device 26, has a corresponding complementary device, So that a stable locking connection between the housing 50 and the bone screw 12 can be provided.
Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Implantationssystems mit zugehörigen Knochenschrauben. Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung. Hier ist zusätzlich dargestellt, dass die Bereiche der Polari- sationsvorrichtung, über die die Kontakteinrichtungen mit den Knochenschrauben gekoppelt werden, von Isoliermänteln 36, 38 umgeben sein können. Diese Isoliermäntel 36, 38 verhindern einen stimulierten Knochenaufbau um die isolierten Bereiche, so dass eine Explantation der Polarisationsvorrichtung erleichtert wird. Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Implantationssystems. Es ist dargestellt, wie eine erfindungsgemäße Polarisationsvorrichtung im Bereich eines Tumors 54 im Tibiakopf 56 angeordnet sein kann. Fig. 3 shows a schematic perspective view of an implantation system according to the invention with associated bone screws. 4 shows a schematic perspective, partially sectioned illustration of a polarization device according to the invention. Here, it is additionally shown that the regions of the polarization device, via which the contact devices are coupled to the bone screws, can be surrounded by insulating jackets 36, 38. These insulating jackets 36, 38 prevent stimulated bone formation around the isolated areas, thereby facilitating explantation of the polarizer. Fig. 5 shows an application example of an implantation system according to the invention. It is shown how a polarization device according to the invention can be arranged in the region of a tumor 54 in the tibial plateau 56.
Ein weiteres nicht bildlich dargestelltes Anwendungsbeispiel ist die Schraubenosteo- Synthese medialer Schenkelhalsfrakturen, bei der mehrere, beispielsweise drei Schrauben zum Einsatz kommen, die in Gestalt der erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung funktional mit einander verbunden sein können. Another application example, not shown in the drawing, is the screw osteotomy of medial femoral neck fractures, in which several, for example, three screws are used, which can be functionally connected to one another in the form of the polarization device according to the invention.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die Anordnung elektrischer Komponenten bei einer erfin- dungsgemäßen Polarisationsvorrichtung. Hier ist dargestellt, dass parallel zur Spule 20 ein Akkumulator 58 angeordnet sein kann. Um dem Akkumulator 58 zu dessen Aufladung eine Gleichspannung zur Verfügung zu stellen, ist ferner ein Gleichrichter 60, der hier durch ein Diodensymbol dargestellt ist, zu der Anordnung aus Akkumulator 58 und Spule 20 parallel geschaltet. Der Akkumulator 28 ist in räumlicher Nähe zur Spule 20 platziert, so dass dieser, wenn ausreichend Raum zur Verfügung steht, wie die Spule 20 im Hohlraum eines Implantats angeordnet wird. Zu den Kontaktdruckknöpfen 34, von denen einer beispielhaft dargestellt ist, muss dann nur eine einzige elektrische Verbindung führen. Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel für die Anordnung elektrischer Komponenten bei einer erfindungsgemäßen Polarisationsvorrichtung. Hier ist der Akkumulator 58 zwar auch elektrisch parallel zur Spule 20 angeordnet, allerdings in der Nähe des Kontaktdruckknopfes 34. Diese Lösung ist bevorzugt, wenn der Hohlraum des Implantats, das die Spule 20 aufnimmt, für den Akkumulator 58 und die Spule 20 nicht ausreicht. Dann wird der Akkumulator 58 vorzugsweise in einem anderen Implantat untergebracht. In diesem Fall müssen zwei elektrische Leitungen aus dem Bereich des Implantats, das die Spule 20 trägt, zu dem Implantat, das den Akkumulator 58 trägt, geführt werden, wobei dies selbstverständlich durch ein einziges Kabel bewerkstelligt werden kann. Die Parallelschaltung eines Akkumulators 58 zur Spule 20 ermöglicht es, den Akkumulator 58 dann zu laden, wenn sich die Spule 20 in einem externen Magnetfeld befindet. Auch in Abwesenheit des externen Magnetfeldes kann dann durch den Akkumulator 58 eine elektrische Spannung zwischen den Implantaten aufrecht erhalten werden. Allerdings kann ohne weitere Maßnahmen ohne externes Magnetfeld nur eine Gleichspannung durch den Akkumulator 58 zur Verfügung ge- stellt werden. Dient der Akkumulator 58 allerdings als Spannungslieferant für einen Funktionsgenerator 62 wie es in Fig. 7 dargestellt ist, so kann dieser durch geeignete Kontaktierungen seiner Ausgänge mit den elektrisch leitfähigen Bereichen der Implantate (hier nicht dargestellt) eine Wechselspannung auch in Abwesenheit eines externes Magnetfeldes liefern. 6 shows an example of the arrangement of electrical components in a polarization device according to the invention. Here is shown that parallel to the coil 20, an accumulator 58 may be arranged. In order to provide the accumulator 58 with a DC voltage for its charging, a rectifier 60, which is represented here by a diode symbol, is also connected in parallel with the arrangement of accumulator 58 and coil 20. The accumulator 28 is placed in close proximity to the coil 20 so that, when sufficient space is available, the coil 20 is placed in the cavity of an implant. The contact pushbuttons 34, one of which is shown by way of example, then only have to carry a single electrical connection. FIG. 7 shows a further example of the arrangement of electrical components in a polarization device according to the invention. Although the accumulator 58 is also arranged electrically parallel to the coil 20, but in the vicinity of the contact push button 34. This solution is preferred when the cavity of the implant, which accommodates the coil 20, for the accumulator 58 and the coil 20 is not sufficient. Then, the accumulator 58 is preferably housed in another implant. In this case, two electrical leads from the region of the implant carrying the coil 20 must be routed to the implant carrying the accumulator 58, which of course can be accomplished by a single cable. The parallel connection of an accumulator 58 to the coil 20 makes it possible to charge the accumulator 58 when the coil 20 is in an external magnetic field. Even in the absence of the external magnetic field, an electrical voltage between the implants can then be maintained by the accumulator 58. However, only one DC voltage can be provided by the accumulator 58 without further measures without an external magnetic field. However, if the accumulator 58 serves as a voltage supplier for a function generator 62, as shown in FIG. 7, this can supply an alternating voltage even in the absence of an external magnetic field by suitable contacting of its outputs with the electrically conductive regions of the implants (not shown here).
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Polarisationsvorrichtung10 polarization device
12 Implantat, Knochenschraube12 implant, bone screw
14 Implantat, Knochenschraube14 implant, bone screw
16 Implantat, Knochenschraube16 implant, bone screw
18 Implantat, Knochenschraube18 implant, bone screw
20 Spule 20 coil
22 Pol  22 pol
24 Pol  24 pol
26 Kontakteinrichtung  26 contact device
28 Kontakteinrichtung  28 contact device
30 Leitung  30 line
32 magnetisch leitender Kern 32 magnetically conductive core
34 Kontaktdruckknopf 34 contact push button
36 Isoliermantel  36 insulating jacket
38 Isoliermantel  38 insulating jacket
40 Spulenträger  40 bobbins
42 Verteiler  42 distributors
44 Ausnehmung  44 recess
46 Isoliermantel  46 insulating jacket
48 Isoliermasse  48 insulating compound
50 Gehäuse  50 housings
52 Nut  52 groove
54 Tumor  54 tumor
56 Tibiakopf  56 Tibial head
58 Akkumulator  58 accumulator
60 Gleichrichter  60 rectifiers
62 Funktionsgenerator  62 function generator

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (10) zum Polarisieren von mindestens zwei räumlich getrennten, elektrisch zumindest teilweise leitfähigen Implantaten (12, 14, 16, 18) , mit einer Spule (20), die einen ersten Pol (22) und einen zweiten Pol (24) aufweist, - einer dem ersten Pol (22) zugeordneten ersten Kontakteinrichtung (26) zum elektrischen Kontaktieren eines ersten Implantates (12), mindestens einer dem zweiten Pol (24) zugeordneten zweiten Kontakteinrichtung (28) zum elektrischen Kontaktieren mindestens eines zweiten Implantates (14, 16, 18), wobei die Spule (20) unmittelbar oder mittelbar an oder in dem ersten Implantat (12) angeordnet und von diesem getragen werden kann und - wobei die mindestens eine zweite Kontakteinrichtung (28) eine flexible elektrische Leitung (30) umfasst, die eine Kontaktierung des mindestens einen zweiten Implantates (14, 16, 18) ermöglicht, so dass die Spule (20) räumlich getrennt von dem mindestens einen zweiten Implantat (14, 16, 18) angeordnet werden kann. 1. Device (10) for polarizing at least two spatially separated, electrically at least partially conductive implants (12, 14, 16, 18), with a coil (20) having a first pole (22) and a second pole (24) a first contact device (26) associated with the first pole (22) for electrically contacting a first implant (12), at least one second contact device (28) assigned to the second pole (24) for electrically contacting at least one second implant (14, 16, 18), wherein the coil (20) can be arranged directly or indirectly on and in the first implant (12) and carried by the latter, and - wherein the at least one second contact device (28) comprises a flexible electrical line (30), a contacting of the at least one second implant (14, 16, 18) allows, so that the coil (20) spatially separated from the at least one second implant (14, 16, 18) can be arranged.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (20) in einem Hohlraum des ersten Implantates (12) angeordnet werden kann und die erste Kontakteinrichtung (26) das erste Implantat (12) innerhalb des Hohlraums elektrisch kontaktiert. 2. Device (10) according to claim 1, characterized in that the coil (20) can be arranged in a cavity of the first implant (12) and the first contact device (26) electrically contacts the first implant (12) within the cavity.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (20) auf einen magnetisch leitenden Kern (32) gewickelt ist. 3. Device (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the coil (20) is wound on a magnetically conductive core (32).
4. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das erste und/oder das mindestens eine zweite Implantat (14, 16,4. Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the at least one second implant (14, 16,
18) eine Knochenschraube ist. 18) is a bone screw.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Kontakteinrichtung (28) einen Kon- taktdruckknopf (34) aufweist, über den eine mechanische und elektrische Verbindung zu dem mindestens einen zweiten Implantat (14, 16, 18) herstellbar ist. 5. Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second contact device (28) has a contact push button (34) via which a mechanical and electrical connection to the at least one second implant (14, 16 , 18) can be produced.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Isoliermantel (36) vorgesehen ist, durch den der Kontaktdruckknopf (34) der min- destens einen zweiten Kontakteinrichtung (28) gegen umgebendes Gewebe elektrisch isolierbar ist. 6. Device (10) according to claim 5, characterized in that at least one insulating jacket (36) is provided, through which the contact push-button (34) of the at least one second contact device (28) is electrically isolable from surrounding tissue.
7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Isoliermantel (36, 38) vorgesehen ist, durch den ein proximaler Bereich der Knochenschraube (12, 14, 16, 18) gegen umgebendes Gewebe elektrisch isolierbar ist. 7. Device (10) according to any one of claims 4 to 6, characterized in that at least one insulating jacket (36, 38) is provided, by which a proximal portion of the bone screw (12, 14, 16, 18) against surrounding tissue electrically isolated is.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (20) von einem Spulenträger (40) gehalten wird, über den ein mechanischer Kontakt zu dem ersten Implantat (12) herstellbar ist. 8. Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the coil (20) by a coil carrier (40) is held, via which a mechanical contact to the first implant (12) can be produced.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Isoliermantel (38) vorgesehen ist, durch den ein proximaler Bereich des Spulenträgers (40) gegen umgebendes Gewebe elektrisch isolierbar ist. 9. Device (10) according to claim 8, characterized in that at least one insulating sheath (38) is provided, by which a proximal region of the coil carrier (40) is electrically isolatable from surrounding tissue.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Kontakt eine Rastverbindung umfasst. 10. Device (10) according to claim 8 or 9, characterized in that the mechanical contact comprises a latching connection.
11. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (40) einen Verteiler (42) aufnimmt, mit dem mehrere zweite Kontakteinrichtungen (28) verbunden sind. 11. Device (10) according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the coil carrier (40) receives a distributor (42) with which a plurality of second contact means (28) are connected.
12. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule Bestandteil einer elektrischen Schaltung ist, die neben der Spule mindestens eine weitere elektrisch wirksame Komponente aufweist. 12. Device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the coil is part of an electrical circuit having at least one further electrically active component in addition to the coil.
13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als weite- re elektrisch wirksame Komponente ein Akkumulator vorgesehen ist, der parallel zu der13. Device (10) according to claim 12, characterized in that as a further electrical effective component, an accumulator is provided which is parallel to the
Spule geschaltet ist. Coil is switched.
14. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere elektrisch wirksame Komponente ein Funktionsgenerator vorgesehen ist. 14. Device (10) according to claim 12 or 13, characterized in that as a further electrically active component, a function generator is provided.
15. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere elektrisch wirksame Komponente eine Schaltung vorgesehen ist, die geeignet ist, eine durch die Vorrichtung zur Verfügung gestellte Wechselspannung so zu modifizieren, dass das erste Implantat zumindest überwiegend eine erste Polarität hat, während das zweite Implantat zumindest überwiegend eine zweite Polarität hat, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist. 15. Device (10) according to claim 12 or 14, characterized in that as a further electrically effective component, a circuit is provided which is adapted to modify an AC voltage provided by the device so that the first implant at least predominantly a first Polarity has, while the second implant has at least predominantly a second polarity, which is opposite to the first polarity.
16. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere elektrisch wirksame Komponente in dem Hohlraum des ersten Implantates (12) angeordnet werden kann. 16. Device (10) according to any one of claims 12 to 15, characterized in that the further electrically active component in the cavity of the first implant (12) can be arranged.
17. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere elektrisch wirksame Komponente in einem Hohlraum des zweiten Implantates (14, 16, 18) angeordnet werden kann. 17. Device (10) according to any one of claims 12 to 16, characterized in that the further electrically active component in a cavity of the second implant (14, 16, 18) can be arranged.
18. Implantationssystem mit mindestens zwei räumlich getrennt zu implantierenden, elektrisch zumindest teilweise leitfähigen Implantaten (12, 14, 16, 18) und einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17. 18. An implantation system having at least two implants (12, 14, 16, 18), which are at least partially electrically conductive and to be implanted separately, and a device (10) according to one of claims 1 to 17.
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